陈基_HyperWorks在汽车行李箱优化中的应用

Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 - 1 - HyperWorks 在汽车行李箱优化中的应用在汽车行李箱优化中的应用 陈基 宋名洋 邢志远 东南（福建）汽车工业有限公司 福州 350119 摘要：摘要：本文针对某款车型的行李箱在强度耐久试验中存在因刚性不足而导致面板变形，行李 箱盖难以扣锁之问题，利用 HyperWorks 建立行李箱的有限元模型，通过 OptiStruct 求解器对 结构强度进行分析，并提出结构整改建议，对比参考样车后采用最佳优化方案，最终实车通过 强度耐久试验，满足设计要求。 关键字：HyperWorks，行李箱，结构强度 0 概述概述 近年来，随着 CAE 仿真技术的逐渐成熟，其高效率、低成本的优势被国内外汽车厂商青睐， 成为汽车设计的不可或缺的主要手段。HyperWorks 软件以其高性能、开放式有限单元前后处 理器、强大的网格划分能力及提供几乎所有主流商业 CAD 系统和 CAE 求解器接口等诸多优点成 为 CAE 技术广泛应用的工具。 本文针对某轿车行李箱在强度耐久试验中出现因行李箱刚性不足造成面板变形，导致行李 箱盖锁扣发生偏移，难以关闭行李箱盖的问题展开结构强度分析工作。利用 HyperWorks 建立 行李箱的有限元模型，通过 OptiStruct 求解器对结构强度进行分析，并提出结构整改建议，对 比参考样车后采用最佳优化方案，最终实车通过强度耐久试验，满足设计要求。 1 建立有限元模型建立有限元模型 1.1 网格划分网格划分 首先利用 HyperMesh 前处理功能建立行李箱总成各结构件的有限元模型，选用壳单元， 基本网格单元尺寸为 5mm。结构连接采用 RBE2、RBE3、粘胶、焊接单元，并充分考虑结构的具 体特征如圆角、翻边、工艺孔等，对结构的简化处理不影响结构的强度分析结果。完成后的行 李箱有限元模型网格数量共有 73475 个，其中三角形壳单元 3476 个，占 4.7%。单元质量符合 企业给定标准。行李箱有限元模型见图 1。 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 - 2 - 图 1 行李箱总成有限元模型 1.2 材料属性材料属性 计算中所使用的材料参数如下： 材料 杨氏模量（MPa） 泊松比 密度（ton/mm 3） 钢 206000 0.3 7.8e-9 粘胶 3600 0.29 1e-12 1.3 边界载荷边界载荷 根据试验方法对行李箱盖进行约束和加载，具体方法如下： 约束条件：在行李箱盖铰链安装点处约束所有自由度，边界条件设置如图 2。 载荷工况：在行李箱盖 latch 处施加力 F=100N，方向为 X 向（车身前后方向），载荷设 置如图 3。 图 2 行李箱盖分析边界条件 图 3 行李箱盖分析载荷工况 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 - 3 - 2 分析结果分析结果 通过 OptiStruct 求解计算出施力点的 X 方向位移值，体现出图 2-3 所示的 R 角的变化程度， 反映行李箱盖的刚度特性。 分析结果得到该点的 X 向位移为 4.94mm。为设定分析优化目标，特取一款类似的参考样 车的行李箱盖做同样的工况分析，得出的位移值为 4.4mm。因此，对该行李箱盖的结构强度优 化目标，即在该载荷工况下，施力点的 X 向位移值4.4mm。 3 优化方案优化方案 根据经验，为提升行李箱盖的刚性，减少面板变 形量，需加强行李箱盖内部 R 角折弯部位的刚度。因 此，根据设计空间和成本考量，提出以下两种优化方 案，并将分析结果与参考样车分析值进行对比，选取 最佳方案。 方案一：在行李箱盖内板 R 角折弯部位添加凸筋。见 图 4。 方案二：将行李箱盖左右铰链加强板加长。见图 5。 图 4 内板加筋示意图 以上两种优化方案分析结果如下： 分析对象 位移值（mm） 变化量（相对原设 计） 原设计 4.94 方案一 4.76 下降 3.64% 方案二 4.28 下降 13.36% 参考样车 4.4 图 5 铰链加强板加长示意图 图 6 方案一分析结果位移云图 图 7 方案二分析结果位移云图 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 - 4 - 以上分析结果（图 6 和图 7）可以看出，方案一的施力点位移变化量略有减小，但未达到 目标要求；而方案二的施力点位移变化量下降 13.36%，到达 4.28mm，低于目标 4.4mm，说明 该方案能够有效提高行李箱盖的内板刚性。 4 实车验证实车验证 根据方案二的建议，将行李箱盖左右铰链加强板加长后进行强度耐久试验测试，发现问题 点已改善，不存在难以扣锁的问题。试验结果表明，优化方案二满足设计指标要求，达到了结 构优化改进的目标。 5 结论结论 本文利用 HyperWorks 软件建立行李箱盖总成有限元模型，并对行李箱盖进行结构强度仿 真分析。针对原先的设计问题点提出 2 种优化改进方案，对仿真结果进行对比分析，选取其中 最佳的优化方案，并最终通过试验验证该结构优化改进是可行的。 HyperWorks Application on Optimization of Vehicle Trunk Chen Ji Song Mingyang Xing Zhiyuan Abstract ：In the light of the trunk panels are distortion due to insufficiency stiffness, the lock latch is difficult to lock up in the strength testing. The FEM model of the trunk built by HyperWorks was simulated by OptiStruct, and then we put forward the best suggestion by comparison with the benc